El presente protocolo describe la preparación de muestras y el análisis de datos para cuantificar la fosforilación de proteínas utilizando un ensayo mejorado de extracción de una sola molécula (SiMPull).
Artículo de método
El presente protocolo describe la preparación de muestras y el análisis de datos para cuantificar la fosforilación de proteínas utilizando un ensayo mejorado de extracción de una sola molécula (SiMPull).
La fosforilación es una modificación posttraduccional necesaria que regula la función de la proteína y dirige los resultados de la señalización celular. Los métodos actuales para medir la fosforilación de proteínas no pueden preservar la heterogeneidad en la fosforilación a través de proteínas individuales. El ensayo pull-down de una sola molécula (SiMPull) se desarrolló para investigar la composición de complejos macromoleculares a través de la inmunoprecipitación de proteínas en una cubierta de vidrio seguida de imágenes de una sola molécula. La técnica actual es una adaptación de SiMPull que proporciona una cuantificación robusta del estado de fosforilación de los receptores de membrana de longitud completa a nivel de molécula única. La obtención de imágenes de miles de receptores individuales de esta manera permite cuantificar los patrones de fosforilación de proteínas. El presente protocolo detalla el procedimiento Optimizado de SiMPull, desde la preparación de la muestra hasta la obtención de imágenes. La optimización de la preparación de vidrio y los protocolos de fijación de anticuerpos mejora aún más la calidad de los datos. El protocolo actual proporciona código para el análisis de datos de una sola molécula que calcula la fracción de receptores fosforilados dentro de una muestra. Si bien este trabajo se centra en la fosforilación del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), el protocolo puede generalizarse a otros receptores de membrana y moléculas de señalización citosólica.
La señalización asociada a la membrana se sintoniza mediante una combinación de activación del receptor de membrana inducida por ligandos y reclutamiento de proteínas accesorias aguas abajo que propagan la señal. La fosforilación de tirosinas clave en las colas citoplasmáticas receptoras es fundamental para iniciar la formación de complejos de señalización, o tirosomas 1,2. Por lo tanto, una pregunta importante en biología es cómo se crean y mantienen los patrones de fosforilación para reclutar socios de señalización y dictar los resultados celulares. Esto incluye la comprensión de la heterogeneidad de la fosforilación del receptor, tanto en abundancia como en los patrones específicos de fosfotirosina que pueden proporcionar un medio para manipular las salidas de señalización al dictar la composición del signalosoma 3,4,5,6,7. Sin embargo, existen limitaciones en los métodos actuales para interrogar la fosforilación de proteínas. El análisis de Western blot es excelente para describir las tendencias de la fosforilación de proteínas, pero essemicuantitativo 8 y no proporciona información sobre la heterogeneidad del sistema porque se promedian entre miles y millones de receptores. Si bien los western blots permiten sondear una muestra utilizando anticuerpos fosfoespecíficos contra tirosinas específicas, no pueden proporcionar información sobre los patrones de fosforilación multisitio dentro de la misma proteína. La fosfoproteómica cuantitativa informa sobre la abundancia de fosfotirosina, pero existen limitaciones para detectar la fosforilación multisitio, ya que los residuos de interés deben ubicarse dentro del mismo péptido (típicamente 7-35 aminoácidos) que se genera por la digestión enzimática 9,10,11.
Para superar las limitaciones mencionadas anteriormente, el ensayo de extracción de una sola molécula (SiMPull) se ha adaptado para cuantificar los estados de fosforilación de los receptores intactos a nivel de molécula única. SiMPull fue demostrado por primera vez como una poderosa herramienta para interrogar complejos macromoleculares por Jain et al.12,13. En SiMPull, los complejos macromoleculares fueron inmunoprecipitados (IP) en cubiertas de vidrio funcionalizadas por anticuerpos y luego analizados a través de microscopía de molécula única para el número de subunidades de proteínas y co-IP con componentes complejos12. Una modificación de Kim et al.14, denominada SiMBlot, fue la primera en utilizar una variación de SiMPull para analizar la fosforilación de proteínas desnaturalizadas. El protocolo SiMBlot se basa en la captura de proteínas biotiniladas de la superficie celular utilizando cápsulas recubiertas de NeutrAvidin, que luego se sondean para la fosforilación con el etiquetado de anticuerpos fosfoespecíficos14. A pesar de estos avances, se necesitaron mejoras para hacer que la cuantificación de la modificación posttraduccional fuera más robusta y aplicable a una gama más amplia de proteínas.
El presente protocolo describe un enfoque optimizado de SiMPull que se utilizó para cuantificar los patrones de fosforilación del receptor intacto del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) en respuesta a una variedad de condiciones de ligando y mutaciones oncogénicas15. Si bien este trabajo se centra en EGFR, este enfoque se puede aplicar a cualquier receptor de membrana y proteínas citosólicas de interés (POI), para las cuales se dispone de anticuerpos de calidad. El protocolo incluye pasos para reducir la autofluorescencia de la muestra, un diseño de matriz de muestras que requiere un volumen mínimo de muestras con la preparación simultánea de hasta 20 muestras, y la optimización del etiquetado de anticuerpos y las condiciones de fijación. Se han desarrollado algoritmos de análisis de datos para la detección de moléculas individuales y la cuantificación de proteínas fosforiladas.
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1. Preparación de coverslip
NOTA: Para este paso, uno necesita usar equipo de protección personal (EPP), que incluye una doble capa de guantes de nitrilo, gafas de seguridad o protector facial, y una bata de laboratorio.
2. Preparación de Lisado de SiMPull
PRECAUCIÓN: El EPP requerido para los pasos restantes del protocolo son guantes de nitrilo, gafas de seguridad y batas de laboratorio.
NOTA: Los lisados se prepararon a partir de las células CHO adherentes que expresan EGFR-GFP. Las células fueron chapadas en un plato de cultivo de tejidos de 60 mm (TC60) durante la noche12,13. Las células CHO se cultivaron en DMEM suplementadas con 10% de suero fetal bovino, 1% de L-glutamina, 1% de penicilina-estreptomicina y 500 ng/ml de genética (ver Tabla de Materiales). También se pueden utilizar otras líneas celulares adherentes o células de suspensión.
3. Funcionalización de la matriz con el anticuerpo biotinilado
4. SiMPull de POI de lisados de células enteras
NOTA: Coloque el plato TC100 de matrices siMPull funcionalizadas sobre hielo durante el resto de la preparación de SiMPull. Este paso es la extracción de un POI a partir del lisado total de proteínas. El lisado no debe reutilizarse después de la descongelación.
5. Adquisición de imágenes
NOTA: La adquisición de imágenes de una sola molécula se realiza utilizando un objetivo TIRF de 150x y un divisor de imágenes que captura cada canal espectral en un cuadrante específico de la cámara emCCD (consulte la Tabla de materiales). Las imágenes de calibración se adquieren por primera vez para permitir el registro de canales y la calibración de ganancia de la cámara con una rejilla de alineación de canales con nanopatrón (nanorred) que contiene 20 x 20 matrices de agujeros de 200 ± 50 nm a una distancia intraacusia de 3 ± 1 μm (tamaño total ~ 60 μm × 60 μm).
6. Análisis de datos
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Una caricatura que representa el proceso SiMPull se muestra en la Figura 1A. Los trips se funcionalizan utilizando NeutrAvidin como ancla para anticuerpos anti-EGFR biotinilados para capturar EGFR-GFP de lisados de proteínas totales. Después de lavar la proteína no unida, los receptores fosforilados se etiquetan con un anticuerpo antifosfototirosina (anti-PY)15. La Figura 1B muestra una imagen de la matriz hidrofóbica, donde se pueden pre...
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El protocolo descrito aquí se optimizó para permitir mediciones cuantitativas de la fosforilación del receptor a nivel de proteína única. Se desarrollaron varias modificaciones sencillas pero importantes al protocolo SiMPull que mejoraron la confiabilidad de la medición para la detección de fosfo-tirosina, incluida la reducción de la autofluorescencia con el tratamiento con NaBH4 y la colocación posterior de la muestra para prevenir la disociación de anticuerpos. El uso de la máscara de canal verde para identi...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud R35GM126934, R01AI153617 y R01CA248166 a DSL. EMB fue apoyado a través del programa ASERT-IRACDA (NIH K12GM088021) y JAR por el programa UNM MARC (NIH 2T34GM008751-20). Agradecemos el uso del recurso compartido de microscopía de fluorescencia del Centro Integral del Cáncer de la Universidad de Nuevo México, respaldado por NIH P30CA118100. Queremos reconocer a los Dres. Ankur Jain y Taekijip Ha, cuyo desarrollo original de SiMPull inspiró este trabajo.
ES-C presente dirección: Immunodynamics Group, Laboratory of Integrative Cancer Immunology, Center for Cancer Research, National Cancer Institute, Bethesda
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Tubos de microcentrífuga de 1,5 mL | MTC Bio | C2000 | |
| 10 mM Tris-HCl pH 7,4 | |||
| 10 mM Tris-HCl pH 8,0/ 50 mM NaCl | T50 Tampón | ||
| 100 mm Placa de cultivo de tejidos | CELLTREAT | 229620 | Almacenamiento de vidrio grabado con pirañas/matrices |
| Tubo | |||
| 16% Paraformaldehído Acuoso Solución | Microscopía Electrónica Ciencias | 15710 | |
| Peligroso Tubo | Funcionalizado Almacenamiento de vidrio/ Reutilización de KOH | ||
| 50 mM Tris-HCl pH 7,2/150 mM NaCl | Componente tampón de lisis | ||
| 60 mm Placa de cultivo de tejidos | Corning | 430166 | |
| % de glutaraldehído Solución acuosa | de la Microscopía Electrónica | 16020 | Acetona peligrosa |
| (C3H6O) | Millipore Sigma | 270725 | Peligrosa |
| Alexa Fluor 647 NHS Ester | Thermo Fisher Scientific | A-20006 | |
| EGF humano recombinante sin animales | Peprotech | AF-100-15 | |
| EGFR antihumano (dominio externo) – Biotina | Leinco Technologies, Inc | E101 | |
| Anticuerpo Anti-p-Tyr (PY99) Alexa Fluor 647 | Santa Cruz Biotechnology | sc-7020 AF647 | |
| Sonicator de baño | Branson | 1200 | |
| BCA Kit de ensayo de proteínas | Pierce | 23227 | |
| Biotina-PEG | Laysan Bio | Biotina-PEG-SVA, MW 5.000 | |
| Albúmina | sérica bovinaGold Biotechnology | A-420-1 | Componente tampón de Tyrode |
| Embudo | |||
| Quemador Bunsen Cloruro | |||
| de calcio (CaCl2) | Millipore Sigma | C4901 | Tyrode's Buffer Component |
| Cell Scraper | Bioworld | 30900017-1 | |
| Matraz filtrante cónico | Fisher Scientific | S15464 | |
| Tarro Coplin | WHEATON | 900470 | |
| Countess II Contador de células automatizado | Thermo Fisher Scientific | AMQAX1000 | |
| cubreobjetos 24 x 60 #1.5 | Ciencias de la Microscopía Electrónica | 63793 | |
| DipImage | https://diplib.org/ | ||
| DMEM | Caisson Labs | DML19-500 | |
| Cámara emCCD | Andor iXon | ||
| Suero fetal bovino, Optima | Bio-Techne | S12450H | software Fusion 360 inactivado por calor |
| Autodesk | |||
| Geneticin G418 Disulfato | Caisson Labs | G030-5GM | |
| Ácido acético glacial (CH3COOH) | JT Baker | JTB-9526-01 | Peligroso |
| Pipetas serológicas de | |||
| Varilla de agitación de vidrio | |||
| Glucosa (D-(+)-glucosa) | Millipore Sigma | D9434 | Tyrode's Buffer |
| Component Halt Phosphotasa and Proteasa Inhibitor Cocktail (100X) | Thermo Fisher Scientific | 78446 | Lysis Buffer Component |
| HEPES | Millipore Sigma | H3375 | TyrodeComponente tampón Ácido |
| clorhídrico (HCl) | VWR | BDH7204-1 | Peróxido |
| de hidrógeno peligroso (H2O2) (3%) | HX0645 | ||
| Peróxido de hidrógeno (H2O2) (30%) | EMD Millipore | HX0635-2 | |
| Ice | |||
| IGEPAL CA-630 ( NP-40) | Sigma Aldrich | I8896 | Componente de tampón de lisis |
| ImmEdge Barrera hidrofóbica | Pluma Vector Laboratories | H-4000 | |
| Immersol 518F aceite de inmersión | Zeiss | 444960-0000-000 | |
| línea | |||
| L-glutamina | Thermo Fisher Scientific | 25030-164 | |
| Cloruro de magnesio hexahidratado (MgCl2-6H2O) | MPBio | 2191421 | Tyrode's Buffer Component |
| Matlab | Mathworks | Curve Fitting Toolbox, Parallel Computing Toolbox y Statistics and Machine Learning toolbox | |
| Metanol (CH3OH) | IBIS Scientific | MX0486-1 | Agua |
| peligrosa Milli-Q | |||
| Kits de etiquetado de anticuerpos Mix-n-Stain CF Dye | Biotium | 92245 | Kit de conjugación |
| sugerido mPEG | Laysan Bio | Valerato de mPEG-succinimidilo, MW 5,000 | |
| N-(2-aminoetil)-3-aminopropiltrimetoxisilano | UCT United Chemical | A0700 | Nanogrid |
| Miraloma Tech | |||
| NeutrAvidin Biotina Proteína de unión | Thermo Fisher Scientific | 31000 | |
| Nitrógeno (gas comprimido) | |||
| GPU NVIDIA con CUDA | Busque la compatibilidad en https://www.mathworks.com/help/parallel-computing/gpu-support-by-release.html | ||
| Microscopio Olympus iX71 | Olympus | ||
| Parafilm M | The Lab Depot | HS234526C | |
| PBS pH 7.4 | Caisson Labs | PBL06 | |
| PC-200 Placa calefactora analógica | Corning | 6795-200 | |
| Penicilina-estreptomicina (10,000 U/mL) | Thermo Fisher Scientific | 15140-163 | |
| Receptor de fosfo-EGF (Tyr1068) (1H12) | Tecnología de señalización de células | de ratón 2236BF | |
| Cloruro de potasio (KCl) | Millipore Sigma | 529552 | Tyrode's Buffer Component |
| Hidróxido de potasio (KOH) | Millipore Sigma | 1050330500 | |
| Filamento PLA premium peligroso, 1,75 mm de diámetro | Raise 3D | PMS:2035U/RAL:3028 | Rango de temperatura de impresión: 205-235 ° |
| Impresora 3D C Pro2 | Raise 3D | ||
| Pyrex 1 L vaso de precipitados | |||
| PYREX 100 mL | Corning | 1395-100 | CH3OH/C3H6O reutilización |
| Pyrex 250 mL | |||
| Vaso | |||
| Vista cuádruple Fotometría divisora | modelo QV2 | ||
| Centrífuga refrigerada | Eppendorf | EP-5415R | |
| RevCount Contadores de celdas, EVE Portaobjetos de recuento de celdas | VWR | 10027-446 | |
| Filtros de emisión Semrock: azul (445/45 nm), verde (525/45 nm), rojo (600/37 nm), rojo lejano (685/40 nm) | serológicas Semrock | LF405/488/561/635-4X4M-B-000 | |
| Bicarbonato de sodio (NaHCO3) | Sigma Aldrich | S6014 | |
| Borohidruro de sodio peligroso (NaBH4) | Millipore Sigma | 452874 | Tyrode' s Componente tampón |
| Cloruro de sodio (NaCl) | Millipore Sigma | S9625 | Activar por ciclos sucesivos de calor y pH |
| Hidróxido de sodio | VWR | BDH3247-1 | |
| Ortovanadato de sodio (Na3VO4) | Millipore Sigma | S6508 | |
| Ácido sulfúrico peligroso (H2SO4) | Millipore Sigma | 258105 | Microesferas TetraSpeck peligrosas |
| Thermo Fisher Scientific | T7279 | perlas multifluorescentes | |
| Base Tris (Trizma) | Millipore Sigma | T1503 | |
| Tinte azul de tripano, 0,4 % | Thermo Fisher Scientific | 15250061 | |
| tripsina-EDTA 0,05 % | Thermo Fisher Scientific | 25300120 |
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